Introducción

Los termopares miden la temperatura a partir de la tensión termoeléctrica generada entre dos conductores de materiales diferentes. Según las aleaciones utilizadas, se clasifican en tipos K, J, T, E, N, R, S, B, entre otros.

El termopar tipo E se caracteriza especialmente por su elevada tensión termoeléctrica y por su buen comportamiento a bajas temperaturas.

Está formado por aleaciones de níquel-cromo y cobre-níquel. Para una misma diferencia de temperatura, normalmente genera una tensión superior a la de los termopares tipo K, J o T, lo que puede resultar ventajoso cuando se desea disponer de una señal de medición más elevada.

Sin embargo, la selección de un termopar no debe basarse únicamente en su sensibilidad. También deben considerarse el rango de temperatura, la atmósfera de trabajo, la construcción de la sonda, el tiempo de respuesta, la clase de precisión y la compatibilidad con el instrumento.

Puntos clave

● El tipo E utiliza normalmente un conductor positivo de níquel-cromo y un conductor negativo de cobre-níquel.
● Es un termopar de metales base con una tensión termoeléctrica relativamente elevada.
● Resulta especialmente adecuado para mediciones a temperaturas bajas y medias.
● Para una misma diferencia de temperatura, suele producir una señal en milivoltios superior a la de los tipos K, J y T.
● El rango real de uso también depende del diámetro del hilo, el aislamiento, la construcción de la sonda y el entorno de trabajo.
● El termómetro, registrador de datos o controlador de temperatura debe configurarse como tipo E y aplicar la compensación de unión fría correspondiente.

¿Qué es un termopar tipo E?

El tipo E es un termopar estandarizado de metales base formado por dos aleaciones metálicas diferentes.

Normalmente utiliza:

● Conductor positivo (+): aleación de níquel-cromo, habitualmente denominada Chromel.
● Conductor negativo (−): aleación de cobre-níquel, habitualmente denominada Constantan.

Cuando ambos materiales forman una unión de medida y existe una diferencia de temperatura entre esta unión y la unión de referencia, se genera una tensión termoeléctrica.

El instrumento mide esta pequeña tensión y la convierte en temperatura mediante la relación temperatura-fuerza electromotriz correspondiente al tipo E y la temperatura de la unión de referencia.

Por tanto, un termopar no entrega directamente una temperatura en grados Celsius. Genera una señal eléctrica del orden de milivoltios que debe ser interpretada por el instrumento de medición.

¿Cómo mide la temperatura un termopar tipo E?

Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck.

Cuando dos metales diferentes forman un circuito termoeléctrico y sus uniones se encuentran a temperaturas distintas, se genera una tensión termoeléctrica. Su magnitud depende de los materiales y de la diferencia de temperatura entre las uniones.

El extremo de la sonda que entra en contacto con el objeto se denomina unión de medida o unión caliente. El punto de conexión al instrumento actúa como unión de referencia o unión fría.

El instrumento necesita conocer:

● La tensión termoeléctrica generada por el termopar tipo E.
● La temperatura de la unión de referencia.

Mediante la compensación de unión fría (CJC) y la relación temperatura-tensión del tipo E, el instrumento calcula la temperatura real de la unión de medida.

Por esta razón, el tipo de termopar debe configurarse correctamente en el instrumento. Si se conecta una sonda tipo E y el equipo está configurado para tipo K o J, la lectura puede presentar un error considerable.

¿Cuál es el rango de temperatura de un termopar tipo E?

El tipo E ofrece buenas prestaciones desde bajas temperaturas hasta temperaturas intermedias.

Como referencia general de ingeniería, su rango global puede llegar aproximadamente de −200°C a 900°C. Sin embargo, esto no significa que todas las sondas tipo E puedan utilizarse en todo ese intervalo.

El rango real depende de factores como:

● Diámetro del hilo del termopar.
● Material de la vaina.
● Material de aislamiento.
● Construcción de la unión.
● Diseño de la sonda.
● Uso continuo o temporal.
● Condiciones oxidantes, corrosivas o químicamente agresivas.

Por ejemplo, una sonda tipo E con vaina metálica para alta temperatura puede tener un límite máximo muy diferente al de una sonda con aislamiento polimérico convencional.

Por ello, debe distinguirse entre el rango general asociado al material tipo E y el rango de trabajo especificado para una sonda concreta.

¿Por qué el termopar tipo E tiene una alta sensibilidad?

Una de las principales características del tipo E es su elevada tensión termoeléctrica en comparación con otros termopares de metales base habituales.

En determinados rangos de temperatura, su sensibilidad se sitúa en varias decenas de microvoltios por grado Celsius y normalmente es superior a la de los tipos K o T de uso común. Este valor varía con la temperatura y no permanece constante en todo el intervalo.

Una tensión termoeléctrica más elevada significa que, ante una misma variación de temperatura, se obtiene generalmente una variación de tensión mayor.

Esto puede facilitar la adquisición y el procesamiento de señales eléctricas de bajo nivel.

Sin embargo, una mayor sensibilidad no implica automáticamente una mayor precisión total. Esta también depende de la tolerancia del termopar, la precisión del instrumento, la compensación de unión fría, la instalación de la sonda y las condiciones ambientales.

¿Cuáles son las principales características del termopar tipo E?

El tipo E presenta varias características destacadas.

● Elevada tensión termoeléctrica: ofrece una señal relativamente alta entre los termopares de metales base habituales.
● Buen comportamiento a bajas temperaturas: adecuado para equipos de baja temperatura, laboratorios, refrigeración y ensayos ambientales.
● Sin conductor de hierro: a diferencia del tipo J, no utiliza un elemento termoeléctrico de hierro y no presenta el mismo problema de oxidación asociado a dicho material.
● Adecuado para atmósferas oxidantes o inertes: con una construcción apropiada y dentro de sus límites de temperatura, puede utilizarse en distintos entornos industriales y de laboratorio.
● Adecuado para mediciones dinámicas: los hilos finos y las uniones de baja masa térmica permiten tiempos de respuesta rápidos.

Estas características hacen que el tipo E sea especialmente útil cuando se requieren buenas prestaciones a bajas temperaturas y una señal de salida elevada.

¿Qué diferencia hay entre los termopares tipo E y tipo K?

Los tipos K y E son termopares de metales base que utilizan aleaciones a base de níquel. Sus conductores positivos suelen ser de níquel-cromo, pero sus conductores negativos son diferentes, por lo que también lo son sus características termoeléctricas.

El tipo K está ampliamente utilizado, existe en una gran variedad de sondas y accesorios y resulta adecuado para numerosas aplicaciones industriales, incluidas temperaturas relativamente altas.

El tipo E, por su parte, ofrece una tensión termoeléctrica superior y buenas prestaciones a bajas temperaturas.

En términos generales:

● El tipo K suele ser la opción más habitual para mediciones industriales generales y una amplia compatibilidad de sondas.
● El tipo E puede resultar ventajoso en aplicaciones de baja a media temperatura cuando se desea una señal termoeléctrica más elevada.

Ninguno es universalmente mejor que el otro. La elección depende de las condiciones de medida.

¿Qué diferencia hay entre los termopares tipo E y tipo J?

El tipo J utiliza normalmente hierro como conductor positivo y una aleación de cobre-níquel como conductor negativo. El tipo E emplea níquel-cromo y cobre-níquel.

Debido a que el tipo J incorpora hierro, debe prestarse especial atención a la oxidación de dicho conductor en ambientes húmedos, oxidantes o a temperaturas elevadas.

El tipo E no utiliza hierro y suele generar una tensión termoeléctrica superior a la del tipo J, lo que puede ser ventajoso en determinadas aplicaciones de baja temperatura o alta sensibilidad.

No obstante, el tipo J sigue siendo común en muchos sistemas industriales existentes, por lo que la compatibilidad con el equipo instalado también debe considerarse.

¿Qué diferencia hay entre los termopares tipo E y tipo T?

El tipo T suele estar formado por cobre y una aleación de cobre-níquel y también presenta buenas prestaciones a bajas temperaturas. Por este motivo, ambos tipos pueden coincidir en determinadas aplicaciones.

Sus principales diferencias son los materiales empleados y sus correspondientes curvas de temperatura-tensión.

El tipo E ofrece una tensión termoeléctrica relativamente elevada y cubre desde bajas hasta temperaturas intermedias. El tipo T se utiliza ampliamente en refrigeración, laboratorios y aplicaciones que requieren un comportamiento estable a bajas temperaturas.

La elección debe basarse en el rango de temperatura, la compatibilidad del instrumento, la construcción de la sonda y los requisitos de precisión.

¿Para qué aplicaciones es adecuado un termopar tipo E?

Gracias a su elevada tensión termoeléctrica y a su buen comportamiento a bajas temperaturas, puede utilizarse en:

● Medición de temperatura en laboratorio.
● Equipos de baja temperatura y sistemas de refrigeración.
● Ensayos de refrigeración y ambientales.
● Supervisión de temperatura de equipos industriales.
● Medición de temperatura de procesos.
● Equipos de investigación y ensayo.
● Sistemas de adquisición de datos.
● Seguimiento de tendencias de temperatura.
● Mediciones rápidas con termopares de hilo fino.

La idoneidad de una sonda concreta también depende del material de la vaina, el tipo de unión, el diámetro, el aislamiento y las condiciones ambientales.

La designación «tipo E» por sí sola no es suficiente para seleccionar correctamente una sonda.

¿De qué depende la precisión de un termopar tipo E?

La precisión de una medición con termopar no depende únicamente de la letra que identifica el tipo.

Entre las posibles fuentes de error se incluyen:

● Tolerancia de los materiales del termopar.
● Clase de precisión del termopar.
● Error del termómetro o sistema de adquisición.
● Error de compensación de unión fría.
● Contacto térmico insuficiente con el objeto medido.
● Efectos de conducción térmica.
● Variaciones de la temperatura ambiente.
● Interferencias electromagnéticas y ruido eléctrico.
● Uso incorrecto de cables de extensión o compensación.
● Uniones no deseadas entre metales diferentes.

El error total debe considerarse como la combinación del error de la sonda, el instrumento, la compensación de unión fría y los factores relacionados con la instalación y la aplicación.

En mediciones de mayor precisión debe evaluarse toda la cadena de medida.

¿Por qué debe seleccionarse el tipo correcto de termopar en el instrumento?

Cada tipo de termopar tiene una relación temperatura-tensión diferente.

Por este motivo, un mismo valor en milivoltios puede corresponder a temperaturas distintas si se interpreta como una señal de tipo E o de tipo K.

Cuando se utiliza un termómetro digital, controlador o sistema de adquisición compatible con distintos termopares, la entrada debe configurarse correctamente como tipo E.

También debe respetarse la polaridad.

Si los conductores están invertidos, la indicación puede variar en la dirección incorrecta o mostrar valores claramente anómalos cuando la unión de medida está significativamente más caliente que la unión de referencia.

Ante lecturas anormales, conviene comprobar:

● Configuración del tipo de termopar.
● Polaridad.
● Compatibilidad entre conectores.
● Conexiones y cableado intermedios.

¿Qué debe tenerse en cuenta al prolongar el cableado de un termopar tipo E?

Los termopares generan tensiones muy pequeñas, por lo que el cableado y las conexiones pueden influir directamente en el resultado.

Para prolongar un termopar tipo E debe utilizarse un cable de extensión compatible con el tipo E o un método de compensación adecuado. No es recomendable introducir cable de cobre convencional de forma indiscriminada en las zonas críticas del circuito.

La incorporación de diferentes metales en zonas sometidas a gradientes térmicos puede generar tensiones termoeléctricas adicionales y provocar errores.

Debe garantizarse:

● Polaridad correcta.
● Conexiones eléctricas fiables.
● Conectores compatibles con el tipo E.
● Separación adecuada respecto a fuentes intensas de interferencia electromagnética.
● Blindaje y medidas de reducción de ruido apropiadas en tendidos largos cuando sean necesarias.

¿Cómo seleccionar una sonda de termopar tipo E?

Los principales factores de selección son:

● Rango de temperatura: comprobar la temperatura mínima y máxima de la aplicación y el rango permitido de la sonda concreta.
● Construcción de la sonda: elegir una geometría adecuada para superficies, líquidos, gases, tuberías o mediciones internas.
● Tiempo de respuesta: las sondas finas y las uniones de baja masa térmica suelen responder más rápido, aunque pueden ofrecer menor resistencia mecánica.
● Material de la vaina: seleccionar según temperatura, corrosión, resistencia mecánica y entorno de trabajo.
● Tipo de unión: las uniones expuestas, conectadas a masa y aisladas presentan diferencias de tiempo de respuesta, aislamiento eléctrico e inmunidad al ruido.
● Requisitos de precisión: seleccionar una clase adecuada y considerar también la precisión del instrumento.
● Compatibilidad del instrumento: comprobar que el termómetro, controlador o sistema de adquisición admite termopares tipo E y compensación de unión fría.

La selección correcta debe basarse siempre en las condiciones completas de la aplicación, no únicamente en la letra que identifica al termopar.

FAQ

¿Qué rango de temperatura puede medir un termopar tipo E?
El rango general puede llegar aproximadamente de −200°C a 900°C, pero el rango real de una sonda depende del diámetro del hilo, el aislamiento, la vaina y su construcción.

¿Es el tipo E más preciso que el tipo K?
No necesariamente. El tipo E ofrece una tensión termoeléctrica superior, pero la precisión total también depende de la tolerancia del termopar, la precisión del instrumento, la compensación de unión fría y la instalación.

¿Es adecuado el tipo E para bajas temperaturas?
Sí. Presenta buenas prestaciones a bajas temperaturas y se utiliza en laboratorios, sistemas de refrigeración, equipos de baja temperatura y ensayos ambientales.

¿Puede utilizarse un termopar tipo E con un termómetro tipo K?
Solo si el termómetro también admite entrada tipo E y puede configurarse correctamente. Un equipo diseñado exclusivamente para tipo K no proporcionará lecturas correctas con una sonda tipo E.

¿Necesita el tipo E compensación de unión fría?
Sí. La tensión termoeléctrica representa la diferencia de temperatura entre la unión de medida y la unión de referencia. Los termómetros digitales modernos suelen incorporar esta compensación automáticamente.

¿Por qué el tipo E ofrece una tensión relativamente alta?
Se debe a las propiedades termoeléctricas de la combinación níquel-cromo/cobre-níquel. Para una misma diferencia de temperatura, el tipo E suele generar una tensión mayor que varios termopares de metales base de uso común.

Conclusión

El termopar tipo E está formado por aleaciones de níquel-cromo y cobre-níquel. Se caracteriza por una elevada tensión termoeléctrica, buenas prestaciones a bajas temperaturas y un rango de aplicación que se extiende hasta temperaturas intermedias.

Es adecuado para laboratorios, sistemas de refrigeración, ensayos ambientales, supervisión industrial y aplicaciones donde resulte útil disponer de una señal termoeléctrica relativamente elevada.

No obstante, el tipo de termopar es solo una parte del sistema de medición. También deben considerarse el rango permitido de la sonda, la clase de precisión, el tipo de unión, el material de la vaina, el tiempo de respuesta, la compensación de unión fría y la compatibilidad del instrumento.

Una correcta combinación de sonda, cableado e instrumento es esencial para obtener mediciones de temperatura fiables.